DE102009048264A1

DE102009048264A1 - Bildüberwachungsverfahren für eine Elektroporationsbehandlung sowie zugehörige Bildüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009048264A1
Application number: DE102009048264A
Authority: DE
Inventors: Sebatian Dr. Schmidt; Anke Weissenborn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-06
Also published as: US8712500B2; DE102009048264B4; US20110082362A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bildüberwachungsverfahren für eine Elektroporationsbehandlung mit einer Elektroporationsvorrichtung (3, 53), die zumindest zwei Behandlungselektroden (14, 15, 55, 56) umfasst, und einer Bildüberwachungsvorrichtung (1) und zumindest eine Bildüberwachungsmessung mittels der Bildüberwachungsvorrichtung (1) nach Zugabe eines Kontrastmittels und nach einer Elektroporationsbehandlung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bildüberwachungsverfahren für eine Elektroporationsbehandlung sowie zugehörige Bildüberwachungsvorrichtung.
Die Elektroporation ist ein Verfahren, um Tumore derart zu schädigen, dass diese ihr Wachstum verlangsamen oder diese zerstört werden. Dabei werden Elektroden in ein Gewebe eines Patienten eingebracht, über die hohe elektrische Spannungen in einem Bereich von über 1000 V über einen kurzen Zeitraum, vorzugsweise in einem Bereich von Mikrosekunden bis maximal einige Millisekunden, appliziert werden. Bei der Elektroporation wird ein Anstieg der Permeabilität der Zellmembran hervorgerufen, durch die daraufhin Substanzen in die Zelle ein- oder austreten können. Dieser Effekt wird beispielsweise in der Krebstherapie zusammen mit der Zugabe von Chemotherapeutika genutzt, um das Chemotherapeutikum gezielt in die Zellen, insbesondere Tumorzellen, zu bringen. Durch Anlegen von stärkeren elektrischen Feldern entstehen in den Zellen Defekte, die irreversibel sind und schließlich zum Tod der Zelle führen, da Selbstregulierungsmechanismen der Zelle verloren gehen, wie dies überwiegend zur Tumorbehandlung eingesetzt wird.
Für eine Elektroporationsbehandlung werden zumindest zwei Behandlungselektroden in einem zu behandelnden Körper eingebracht, wobei die Behandlungselektroden an einem zu behandelnden Bereich des Körpers anliegen, wie beispielsweise an einem Tumor. Mittels der Behandlungselektroden werden üblicherweise bipolare Elektroporationspulse generiert, die insbesondere eine Spannung im Bereich einiger KV aufweisen und in einem Zeitintervall von ca. einer Sekunde etwa 10-mal angelegt werden, siehe hierzu „Irreversible Electroporation: A New Ablation Modality – Clinical Implications" von Boris Rubinsky, Technology in Cancer Research and Treatment, Vol. 6, 2007, Seiten 37–48.
Zu einer Überwachung und/oder zu einem Nachweis einer irreversiblen Elektroporationsbehandlung ist eine Ultraschallmessvorrichtung bekannt, um eine Positionierung der Behandlungselektroden zu erfassen und/oder zu überwachen. Diese Art der Überwachung erfasst einen Effekt der Elektroporation allerdings nur schwach und zudem verzögert. Zusätzlich ist eine Aktivität des zu behandelnden Patienten für die Überwachung erforderlich.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit einer effizienten und schnellen Bildüberwachung für einen Nachweis einer Elektroporationsbehandlung anzugeben.
Die Erfindung geht aus von einem Bildüberwachungsverfahren für eine Elektroporationsbehandlung mit einer Elektroporationsvorrichtung, die zumindest zwei Behandlungselektroden umfasst, und einer Bildüberwachungsvorrichtung.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Bildüberwachungsmessung mittels der Bildüberwachungsvorrichtung nach Zugabe eines Kontrastmittels und nach einer Elektroporationsbehandlung vorgenommen wird. Mittels der Elektroporationsbehandlung wird zumindest kurzzeitig eine Durchlässigkeit oder eine Permeabilität einer Zellwand erhöht, so dass das Kontrastmittel in einen intrazellulären Raum gelangen kann. Vorzugsweise erfolgt eine Bildüberwachungsmessung durch Messung und/oder Bestimmung einer relativen Konzentration des Kontrastmittels im intrazellulären Raum im Vergleich zu einer Kontrastmittelkonzentration im extrazellulären Raum, wobei das Kontrastmittel ausschließlich zu einer Verstärkung einer selektiven Darstellung unterschiedlicher Gewebeabschnitte vorgesehen ist. Mittels des Kontrastmittels wird ein Magnetresonanzeffekt für eine Magnetresonanzmessung vorteilhaft verstärkt, so dass Gebiete mit hoher Kontrastmittelkonzentration von Gebieten mit niedriger Kontrastmittelkonzentration mittels einer Magnetresonanzmessung unterschieden werden können. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft eine effiziente und schnelle Bildüberwachung für einen Nachweis der Elektroporationsbehandlung, wie beispielsweise zu einer Tumorbehandlung, erreicht werden. Des Weiteren kann auf Grundlage des Bildüberwachungsverfahrens besonders schnell eine Diagnose über einen Behandlungserfolg der Elektroporationsbehandlung erstellt werden, da eine maximale Konzentration des Kontrastmittels innerhalb der Zellen kurz nach der Elektroporationsbehandlung erreicht wird, indem die Moleküle des Kontrastmittels durch die Zellwand in das Innere der Zelle aufgrund der hohen Permeabilität der Zellwand diffundieren können.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass mittels der als Magnetresonanzvorrichtung oder als Computertomographievorrichtung ausgebildeten Bildüberwachungsvorrichtung während der Bildüberwachungsmessung zumindest eine Magnetresonanzaufnahme oder zumindest eine Computertomographieaufnahme aufgenommen wird. Ein Magnetresonanzverfahren oder ein Computertomographieverfahren sind besonders vorteilhaft zur Überwachung von Elektroporationsbehandlungen geeignet, da ein übliches bei einem Magnetresonanzverfahren oder einem Computertomographieverfahren verwendetes Kontrastmittel auch bei der Elektroporationsbehandlung vorteilhaft eingesetzt werden kann, aufgrund einer geringen Molekülgröße des Kontrastmittels. Des Weiteren eignet sich insbesondere das Magnetresonanzverfahren für einen Nachweis des Elektroporationsverfahrens, da ein Elektroporationsverfahren mit Gleichstrompulsen durchgeführt wird und damit magnetresonanzkompatibel ist. Hierbei ist zudem von Vorteil, wenn die Elektroporationsvorrichtung magnetresonanzkompatible Behandlungselektroden aufweist. Durch die Verwendung magnetresonanzkompatibler Behandlungselektroden und auch durch das Durchführen der Behandlung selbst entstehen daher keine Störungen der Magnetresonanzaufnahmen, so dass die Überwachung in hoher Bildqualität erfolgen kann. Zum anderen kann ein störender und insbesondere unerwünschter Einfluss eines hohen Magnetresonanzfelds auf eine Effektivität der Behandlung vorteilhaft verhindert werden, so dass eine Verstrahlung von Patienten und/oder von die Behandlung durchführenden Personen vermieden werden kann.
Besonders vorteilhaft wird ein von der Elektroporationsbehandlung betroffene Gebiet in einem Auswerteschritt mittels einer gemessenen intrazellulären Konzentration des Kontrastmittels ermittelt, indem das Kontrastmittel unmittelbar nach der Elektroporationsbehandlung in die Zelle eintreten kann und aufgrund eines zumindest teilweise eintretenden Selbstheilungseffekts, bei dem die in der Zellmembran entstandenen Defekte durch Regeneration der Zellmembran geschlossen werden, in der Zelle zumindest teilweise eingeschlossen wird. Während eine Konzentration des Kontrastmittels im extrazellulären Raum langsam eliminiert wird, bleibt die Konzentration des Kontrastmittels in der Zelle annähernd konstant. Eine Bestimmung der intrazellulären Konzentration kann dabei relativ zu einer extrazellulären Konzentration erfolgen und/oder absolut mittels einer Analyse einer gemessenen Signalstärke erfasst werden.
Wird ein Behandlungsschritt zur Elektroporationsbehandlung nach der Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen, kann die Elektroporationsbehandlung bei einer hohen Kontrastmittelkonzentration im extrazellulären Raum erfolgen und somit das Kontrastmittel nach der Elektroporationsbehandlung in die Zelle eindringen. Eine Regeneration der Zellen vor einem Einritt des Kontrastmittels in die Zellen kann somit vorteilhaft verhindert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein Behandlungsschritt zur Elektroporationsbehandlung bei einer im Wesentlichen maximalen Konzentration des Kontrastmittels im Extrazellulärraum vorgenommen wird, wodurch eine maximale intrazelluläre Kontrastmittelkonzentration erreicht werden kann. Zudem kann damit einhergehend ein maximaler Unterschied zu einem späteren Messzeitpunkt in der Konzentration zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum erzielt werden. Für ein typisches Kontrastmittel, wie beispielsweise ein Gadolinium-basiertes Kontrastmittel, wird die maximale Konzentration des Kontrastmittels im extrazellulären Raum ca. 60 bis 100 Sekunden nach einer Injektion des Kontrastmittels erreicht, so dass vorteilhafterweise das Kontrastmittel ca. 100 bis 200 Sekunden vor der Elektroporationsbehandlung intravenös in einem Injektionsschritt verabreicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Bildüberwachungsmessung im Wesentlichen nach Dauer von wenigstens einer Halbwertszeit des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird. Unter einer Halbwertszeit soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Konzentration des Kontrastmittels im extrazellulären Raum nach einer Dauer der Halbwertszeit zu ca. 50% aus dem extrazellulären Raum eliminiert ist. Beispielsweise beträgt die Halbwertszeit für ein Kontrastmittel aus Gadolinium-Chelaten typischerweise ca. 2 Stunden. Es kann hierbei ein vorteilhafter Konzentrationsunterschied des Kontrastmittels zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum mittels der Bildüberwachungsvorrichtung gemessen werden und damit einhergehend vorteilhaft ein Behandlungserfolg der Elektroporationsbehandlung erfasst werden. Bei Kontrastmitteln mit langen Halbwertszeiten ist dies insbesondere von Vorteil, um eine schnelle Bildüberwachung der Elektroporationsbehandlung zu erhalten.
Ein besonders vorteilhafter Konzentrationsunterschied zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum kann erreicht werden, wenn die zumindest eine Bildüberwachungsmessung im Wesentlichen nach Dauer von wenigstens zwei Halbwertszeiten des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird.
Es wird zudem vorgeschlagen, dass zumindest zwei Bildüberwachungsmessungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen werden, wodurch ein Verlauf, insbesondere ein Abfallen, der Kontrastmittelkonzentration über die Zeit in von der Elektroporationsbehandlung betroffenen Gebieten und/oder in von der Elektroporationsbehandlung verschonten Gebieten dargestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine kontinuierliche Bildüberwachungsmessung, insbesondere mittels der Magnetresonanzvorrichtung durch Magnetresonanzaufnahmen, möglich.
Ferner wird vorgeschlagen, dass ein extrazelluläres Kontrastmittel mit einer kleinen Molekülgröße verwendet wird, wodurch ein Eindringen des Kontrastmittels in die Zellen unmittelbar nach der Elektroporationsbehandlung erleichtert wird. Dabei soll unter einem extrazellulären Kontrastmittel insbesondere ein Kontrastmittel verstanden werden, für das eine Zellmembran von gesunden Zellen undurchdringbar ist und das daher im extrazellulären Raum verbleibt. Vorzugsweise ist bei einer von einer Magnetresonanzmessung gebildeten Bildüberwachungsmessung das Kontrastmittel von einem Gadolinium-basierten Kontrastmittel gebildet. Des Weiteren sind auch Kontrastmittel auf Fluor-Basis und/oder auf Basis hyperpolarisierter Substanzen, wie beispielsweise ¹³C, ¹⁵N, und/oder Kontrastmittel, die auf Prinzipien wie CEST (Chemical Exchange Dependant Saturation Transfer) basieren, vorteilhaft. Ist die Bildüberwachungsmessung von einer Computertomographiemessung gebildet, ist eine Ausbildung des Kontrastmittels von einem üblichen Röntgenkontrastmittel auf Basis von Jodverbindungen besonders geeignet.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass wenigstens eine Referenzmessung vor dem Behandlungsschritt zur Elektroporationsbehandlung vorgenommen wird, wodurch eine Wirkung der Elektroporationsbehandlung besonders selektiv dargestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Referenzmessung nach der Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen werden. Insbesondere kann hierbei eine besonders effektive Kontrastverstärkung in dem betroffenen Gebiet mittels der Bildüberwachungsvorrichtung erreicht werden, indem in zumindest einem Auswerteschritt die wenigstens eine Referenzmessung von der Bildüberwachungsmessung zumindest teilweise subtrahiert wird.
Besonders vorteilhaft wird in zumindest einem Messbetrieb eine Bildüberwachungsmessung parallel zu einem Positionierungsschritt zum Positionieren der Behandlungselektroden aufgenommen, wodurch eine exakte Positionierung der Behandlungselektroden, insbesondere in und/oder an einem Tumor, erreicht werden kann. Vorzugsweise sind hierzu zumindest Teilbereiche der Elektroporationsvorrichtung, insbesondere die Behandlungselektroden und/oder Mittel zum Einführen und/oder Positionieren der Behandlungselektroden, aus nichtmagnetischen Materialen gebildet.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einer Bildüberwachungsvorrichtung für ein Bildüberwachungsverfahren einer Elektroporationsbehandlung, wobei die Bildüberwachungsvorrichtung eine Elektroporationsvorrichtung mit zumindest zwei Behandlungselektroden umfasst.
Es wird vorgeschlagen, dass die Bildüberwachungsvorrichtung eine Magnetresonanzvorrichtung oder eine Computertomographievorrichtung aufweist, die zur Bildüberwachung mittels eines Kontrastmittels vorgesehen sind. Ein Magnetresonanzverfahren oder ein Computertomographieverfahren sind besonders vorteilhaft zur Überwachung von Elektroporationsbehandlungen geeignet, da ein übliches bei einem Magnetresonanzverfahren oder einem Computertomographieverfahren verwendetes Kontrastmittel auch bei der Elektroporationsbehandlung vorteilhaft eingesetzt werden kann, aufgrund einer geringen Molekülgröße des Kontrastmittels.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Behandlungselektroden magnetresonanzkompatibel ausgebildet sind. Aufgrund der Verwendung magnetresonanzkompatibler Behandlungselektroden und auch durch das Durchführen der Behandlung selbst entstehen somit keine Störungen der Magnetresonanzaufnahmen, so dass die Überwachung in hoher Bildqualität erfolgen kann. Zum anderen kann ein störender und insbesondere unerwünschter Einfluss eines hohen Magnetresonanzfelds auf eine Effektivität der Behandlung vorteilhaft verhindert werden, so dass eine Verstrahlung von Patienten und/oder von die Behandlung durchführenden Personen vermieden werden kann. Vorzugsweise sind die Behandlungselektroden als Nadelelektroden ausgebildet, die mittels einer Positioniereinheit auf den Patienten aufgesetzt werden können und an eine vorgegebene Position ausgefahren werden können. Die Elektroporationsvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei oder vier Behandlungselektroden, wobei in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung zusätzliche Behandlungselektroden jederzeit denkbar sind.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Magnetresonanzvorrichtung oder die Computertomographievorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Ansteuerung der Elektroporationsvorrichtung vorgesehen ist. Es kann eine direkte und insbesondere aufeinander abgestimmte Ansteuerung der Elektroporationsvorrichtung und der Magnetresonanzvorrichtung oder der Computertomographievorrichtung vorteilhaft unter Einsparung weiterer Bauteile und Kosten erreicht werden. Besonders vorteilhaft eignet sich hierzu die Magnetresonanzvorrichtung zur Ansteuerung der Elektroporationsvorrichtung, insbesondere zur Generierung von Elektroporationspulssequenzen, da diese bereits zur Erstellung und Bearbeitung von Pulssequenzen für Gradientenspulen und Hochfrequenzspulen ausgebildet ist. Die Gradientenspulen werden hierbei von den Gradientenspulen zugeordneten Kanälen eines Gradientenverstärkers angesteuert und die Behandlungselektroden können über einen zusätzlichen Kanal des Gradientenverstärkers durch die Steuereinheit angesteuert werden.
Besonders vorteilhaft weist die Bildüberwachungsvorrichtung eine Kontrastmitteleinheit auf, die zu einer Zugabe des Kontrastmittels vorgesehen ist. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe mittels einer Injektion des Kontrastmittels. Die Zugabe, insbesondere die Injektion, des Kontrastmittels kann insbesondere an einen zeitlichen Verlauf der Bildüberwachungsmessung und/oder der Elektroporationsbehandlung angepasst werden. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe des Kontrastmittels zumindest teilweise selbsttätig mittels der Kontrastmitteleinheit.
Vorzugsweise weist die Kontrastmitteleinheit eine Injektionsnadel auf, die magnetresonanzkompatiblen ausgebildet ist, so dass unerwünschte Störungen eines Injektionsvorgangs und/oder der Bildüberwachungsmessung, insbesondere von Magnetresonanzmessungen, vermieden werden können und die Überwachung in hoher Bildqualität erfolgen kann. Des Weiteren kann ein störender und insbesondere unerwünschter Einfluss eines hohen Magnetresonanzfelds auf den Injektionsvorgang vorteilhaft verhindert werden, so dass eine Verstrahlung von Patienten und/oder von die Behandlung durchführenden Personen vermieden werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Magnetresonanzvorrichtung oder die Computertomographievorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Ansteuerung der Kontrastmitteleinheit vorgesehen ist. Es kann eine direkte und insbesondere aufeinander abgestimmte Ansteuerung der Kontrastmitteleinheit und der Magnetresonanzvorrichtung oder der Computertomographievorrichtung vorteilhaft unter Einsparung weiterer Bauteile und Kosten erreicht werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Bildüberwachungsvorrichtung mit einer Magnetresonanzvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 eine erfindungsgemäße Bildüberwachungsvorrichtung mit einer Computertomographievorrichtung in einer schematischen Darstellung und
3 einen Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Bildüberwachungsverfahrens.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Bildüberwachungsvorrichtung 1 für eine Elektroporationsbehandlung dargestellt. Die Bildüberwachungsvorrichtung 1 weist eine Magnetresonanzvorrichtung 2, eine Elektroporationsvorrichtung 3 und eine von einer Injektionseinheit gebildete Kontrastmitteleinheit 21 auf. Die Magnetresonanzvorrichtung 2 umfasst einen Magneten 4 zur Erzeugung eines starken und konstanten Magnetfelds. Des Weiteren weist die Magnetresonanzvorrichtung 2 Gradientenspulen 5, die zur Erzeugung eines linearen Gradientenfeldes vorgesehen sind, und Hochfrequenzspulen 6 auf. Die Gradientenspulen 5 werden von einer Steuereinheit 7 der Magnetresonanzvorrichtung 2 über einen Gradientenverstärker 9 gesteuert. Die Hochfrequenzspulen 6 werden von der Steuereinheit 7 über einen Hochfrequenzverstärker 11 gesteuert. Ferner weist die Magnetresonanzvorrichtung 2 eine Bildschirmanzeige 12, mittels der Magnetresonanzaufnahmen und/oder von Steuereinheit 7 ausgewertete Ergebnisse dargestellt werden können, und eine Bedieneinheit 13 auf, mittels der Einstellungen und/oder Parameteränderungen von einem Bedienpersonal vorgenommen werden können.
Die Elektroporationsvorrichtung 3, die zu einer Durchführung einer Elektroporationsbehandlung vorgesehen ist, weist zwei Behandlungselektroden 14, 15 auf, die jeweils von einer Nadelelektrode gebildet sind. Zudem sind die beiden Behandlungselektroden 14, 15 aus einem magnetresonanzkompatiblen Material gebildet, um Störungen während einer Magnetresonanzmessung zu vermeiden. Die Elektroporationsvorrichtung 3 wird über die Steuereinheit 7 der Magnetresonanzvorrichtung 2 gesteuert und kann somit auch über die Bedieneinheit 13 bedient werden. Hierzu ist die Steuereinheit 7 der Magnetresonanzvorrichtung 2 zusätzlich als Sequenzer für die Elektroporationsvorrichtung 3 ausgebildet und im Betrieb zu einer Generierung einer Elektroporationspulssequenz vorgesehen. Eine Ansteuerung der Behandlungselektroden 14, 15 erfolgt mittels des Gradientenverstärkers 9. Die Steuereinheit 7 ist demnach zusätzlich zur Verarbeitung von Elektroporationspulssequenzen ausgebildet, und der Gradientenverstärker 9 weist einen zusätzlichen Kanal zur Ansteuerung der beiden Behandlungselektroden 14, 15 auf.
Die Elektroporationsvorrichtung 3 ist zudem über Anschlüsse 16 lösbar mit der Magnetresonanzvorrichtung 2 verbunden, so dass sie bei Bedarf von der Magnetresonanzvorrichtung 2 zeitweise entfernt werden kann. Ferner sind die beiden Behandlungselektroden 14, 15 mit Magnetresonanzmarkern 17 versehen, die eine deutliche Erkennbarkeit der beiden Behandlungselektroden 14, 15 in Magnetresonanzaufnahmen ermöglichen. Alternativ hierzu ist auch eine Ausgestaltung der beiden Behandlungselektroden 14, 15 ohne Magnetresonanzmarker 17 denkbar. Für ein gezieltes Positionieren der beiden Behandlungselektroden 14, 15 weist die Elektroporationsvorrichtung 3 eine Positioniereinheit 18 auf, die ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist. Mittels der Positioniereinheit 18 können die beiden Behandlungselektroden 14, 15 positionsgenau an einem zu behandelnden Ort in einem Patienten, wie beispielsweise an und/oder in einem Tumor, gebracht werden.
Die Injektionseinheit ist zu einer Injektion eines Kontrastmittels vorgesehen und weist eine Injektionsnadel 22 auf, die magnetresonanzkompatibel ausgebildet ist. Eine Ansteuerung der Injektionseinheit erfolgt mittels der Steuereinheit 7 der Magnetresonanzvorrichtung 2. Die Steuereinheit 7 generiert hierzu Steuersignale für die Injektionseinheit. Zudem weist die Injektionseinheit eine Einführeinheit 24 auf, die ebenfalls aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist. Mittels der Einführeinheit 24 kann die Injektionsnadel 22 positionsgenau an einem Ort in einem Patienten gebracht werden. Analog zu der Ausgestaltung der Elektroporationsvorrichtung 3 ist auch die Injektionseinheit über eine Anschluss 23 lösbar mit der Magnetresonanzvorrichtung 2 verbunden, so dass sie bei Bedarf von der Magnetresonanzvorrichtung 2 zeitweise entfernt werden kann.
Die Steuereinheit 7 ist mit den einzelnen Bauteilen und Einheiten der Bildüberwachungsvorrichtung 1 über eine Verbindungsleitung 19 verbunden, über die Daten und/oder Steuersignale im Betrieb der Bildüberwachungsvorrichtung 1 ausgetauscht werden können.
Alternativ hierzu ist eine separate Ansteuerung der Elektroporationsvorrichtung 3 und/oder der Injektionseinheit von der Magnetresonanzvorrichtung 2 jederzeit denkbar, wobei hierzu die Elektroporationsvorrichtung 3 und/oder die Injektionseinheit mit einer von der Magnetresonanzvorrichtung 2 unabhängigen Steuereinheit versehen sind.
Zudem weist die Magnetresonanzvorrichtung 2 eine Aufnahmebereich 20 auf, der zu einer Aufnahme eines Patienten für eine Magnetresonanzmessung vorgesehen ist. Der Patient wird hierbei mittels einer nicht näher dargestellten Patientenliege zumindest teilweise in den Aufnahmebereich 20 vor einem Beginn einer Magnetresonanzmessung eingeführt.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Bildüberwachungsverfahrens für die Bildüberwachungsvorrichtung 1 dargestellt. In einem Betrieb der Bildüberwachungsvorrichtung 1 wird nach einem Einführen des Patienten in den Aufnahmebereich 20 der Magnetresonanzvorrichtung 2 in dem Bildverarbeitungsverfahren zunächst ein Positionierungsschritt 30 gestartet, in dem die Behandlungselektroden 14, 15 mittels der Positionierungseinheit 18 auf den Patienten angelegt werden. Anschließend werden die beiden Behandlungselektroden 14, 15 in und/oder an dem zu untersuchenden Gewebe, wie beispielsweise in und/oder an einem Tumor, positioniert. Gleichzeitig erfolgt mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 ein erster Messbetrieb 31, bei dem eine Bildüberwachungsmessung parallel zu einem Positionieren der zwei Behandlungselektroden 14, 15 vorgenommen wird und dabei Magnetresonanzaufnahmen aufgenommen werden, so dass die beiden Behandlungselektroden 14, 15 mittels einer Bildüberwachung möglichst exakt positioniert werden können. Die Magnetresonanzaufnahmen werden in einem Ausgabeschritt 39 von der Steuereinheit 7 an die Bildschirmanzeige 12 geleitet und dort für eine die Bildüberwachungsvorrichtung 1 bedienende Person ausgegeben. Gleichzeitig können über die Bedieneinheit 13 Einstellungen und/oder Parameter für die Positionierung der beiden Behandlungselektroden 14, 15 in dem Positionierungsschritt 30 von der die Bildüberwachungsvorrichtung 1 bedienenden Person geändert werden.
Daran anschließend wird in einem Injektionsschritt 32 dem Patienten ein Kontrastmittel intravenös mittels der Injektionseinheit injiziert. Mittels der Einführeinheit 24 und gesteuert durch die Steuereinheit 7 wird hierzu die Injektionsnadel 22 in eine Injektionsposition in und/oder am Patienten gebracht und das Kontrastmittel injiziert. Der Injektionsschritt 32 kann ebenfalls analog zu dem Positionierungsschritt 30 mittels der Magnetresonanzvorrichtung durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen in einem Messbetrieb überwacht werden. Zudem können über die Bedieneinheit 13 Einstellungen und/oder Parameter für die Injektion und/oder eine Positionierung der Injektionsnadel 22 in dem Injektionsschritt 32 von der die Bildüberwachungsvorrichtung 1 bedienenden Person geändert werden.
Das Kontrastmittel ist von einem Gadolinium-basierten Kontrastmittel mit einer kleinen Molekülgröße gebildet. Dieses Kontrastmittel erreicht nach ca. 60 bis 100 Sekunden nach der Injektion seine im Wesentlichen maximale extrazelluläre Konzentration.
Nach Zugabe des Kontrastmittels und noch vor der Elektroporationsbehandlung wird eine erste Referenzmessung 33 mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen vorgenommen, wobei die Referenzmessung 33 im Wesentlichen eine Konzentration des Kontrastmittels in dem extrazellulären Raum vor einem Beginn der Elektroporationsbehandlung wiedergibt.
Ca. 100 bis 200 Sekunden nach Zugabe des Kontrastmittels wird in einem Behandlungsschritt 34 die Elektroporationsbehandlung gestartet, so dass eine zumindest temporäre Schädigung einer Zellwand durch die Elektroporationsbehandlung bei einer im Wesentlichen maximalen extrazellulären Konzentration des Kontrastmittels erfolgt. Hierbei wird mittels der Steuereinheit 7 eine Elektropolarisationspulssequenz generiert und mittels des Gradientenverstärkers 9 auf die beiden Behandlungselektroden 14, 15 gegeben. Aufgrund der hohen Pulse wird zumindest temporär die Zellwand der Zellen zwischen den beiden Behandlungselektroden 14, 15 und/oder in der Nähe der beiden Behandlungselektroden 14, 15 geschädigt.
Unmittelbar nach der Elektroporationsbehandlung wird zudem eine weitere Referenzmessung 35 mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen vorgenommen, wobei die Referenzmessung 35 im Wesentlichen eine Konzentration des Kontrastmittels in dem intrazellulären und extrazellulären Raum kurze Zeit nach der Elektroporationsbehandlung wiedergibt.
Das extrazelluläre Kontrastmittel wird vom Körper des Patienten langsam eliminiert, wobei eine Halbwertszeit des Kontrastmittels ein Maß der Elimination des Kontrastmittels darstellt. Nach einer zumindest teilweisen Elimination des extrazellulären Kontrastmittels beginnt die Bildüberwachungsmessung mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen in einem weiteren Messbetrieb 36. Um einen möglichst großen Kontrast in der Kontrastmittelkonzentration zwischen dem intrazellulären und dem extrazellulären Zellraum zu erzielen, wird mindestens eine Bildüberwachungsmessung mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen nach Dauer von wenigstens zwei Halbwertszeiten des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen. Eine typische Halbwertszeit für die Elimination des Kontrastmittels aus dem menschlichen Körper für Gadolinium-basierte Kontrastmittel beträgt ca. 2 Stunden. Bei Kontrastmittel mit einer höheren Halbwertszeit im Vergleich zu Gadolinium-basierten Kontrastmittel ist es auch ausreichend, wenn die Bildüberwachungsmessung im Wesentlichen nach Dauer von wenigstens einer Halbwertszeit des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird, so dass ein schneller Nachweis über einen Behandlungserfolg der Elektroporationsbehandlung erreicht wird.
Des Weiteren können in dem weiteren Messbetrieb 36 zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Elektroporationsbehandlung Bildüberwachungsmessungen mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 durch Aufnahme von Magnetresonanzaufnahmen erfolgen. Damit wird ein zeitlicher Verlauf der Kontrastmittelkonzentration in von der Elektroporation betroffenen Gebieten und in von der Elektroporation verschonten Gebieten erfasst. Alternativ kann in dem weiteren Messbetrieb 36 über ein zusammenhängendes Zeitintervall eine kontinuierliche Bildüberwachungsmessung mittels der Magnetresonanzvorrichtung 2 erfolgen und damit ein ununterbrochener zeitlicher Verlauf der Kontrastmittelkonzentration in dem Zeitintervall erfasst werden.
Anschließend wird in einem Auswerteschritt 37 durch die Steuereinheit 7 eine intrazelluläre Kontrastmittelkonzentration ermittelt und damit einhergehend ein von der Elektroporationsbehandlung betroffenes Gebiet und/oder ein Erfolg und/oder Nachweis der Elektroporationsbehandlung erfasst. Dabei wird zunächst eine relative intrazelluläre Kontrastmittelkonzentration anhand der Magnetresonanzaufnahmen ermittelt, wobei die intrazelluläre Kontrastmittelkonzentration in Relation zu einer extrazellulären Kontrastmittelkonzentration bestimmt wird. Für eine besonders selektive Darstellung der relativen Kontrastmittelkonzentration und damit einer Wirkung der Elektroporationsbehandlung werden in dem Auswerteschritt 37 Daten der Magnetresonanzaufnahmen der Referenzmessungen von den Daten der Magnetresonanzaufnahmen der Bildüberwachungsmessungen subtrahiert, so dass eine Kontrastmitteldifferenz zwischen dem intrazellulären und dem extrazellulären Raum in dem von der Elektroporation erfassten Gebiet und/oder Gebieten verstärkt wird und ein hoher Kontrast in einem für eine Ausgabe mittels der Bildschirmanzeige 12 generierten Ausgabebild zur Unterscheidung der unterschiedlichen Gebiete erreicht wird.
Zudem wird in dem Auswerteschritt 37 von der Steuereinheit 7 eine absolute Konzentration des Kontrastmittels im intrazellulären Raum ermittelt. Es werden hierzu Signalstärken der Magnetresonanzaufnahmen der Bildüberwachungsmessungen ausgewertet, wobei die Signalstärke ein Maß für die Kontrastmittelkonzentration darstellt und damit die absolute Konzentration des Kontrastmittels im intrazellulären Raum ermittelt wird.
Anschließend werden die von der Steuereinheit 7 ausgewerteten Daten in einem Ausgabeschritt 38 von der Bildschirmanzeige 12 für das die Bildüberwachungsvorrichtung 1 zu bedienende Personal ausgegeben und/oder dargestellt. Hierzu generiert die Steuereinheit 7 Ausgabebilder, die die Kontrastmittelkonzentration in Anhängigkeit von einem gemessenen Ortes zeigen. Dabei kann neben der relativen intrazellulären Kontrastmittelkonzentration auch die absolute Kontrastmittelkonzentration dargestellt werden. Zudem kann ein Verlauf der Kontrastmittelkonzentration graphisch als Kurve dargestellt werden und/oder ein Verlauf der Kontrastmittelkonzentration über die Zeit in von der Elektroporationsbehandlung betroffenen und von der Elektroporationsbehandlung verschonten Gebieten dargestellt werden. Hierbei kann das die Bildüberwachungsvorrichtung 1 bedienende Personal über die Bedieneinheit 13 zusammen mit der Bildschirmanzeige 12 eine Auswahl einer Darstellungsvariante der Kontrastmittelkonzentration treffen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es zudem vorgesehen sein, dass zusammen mit dem Kontrastmittel eine therapeutische Substanz, insbesondere ein Chemotherapeutikum wie beispielsweise Bleomycin, injiziert wird. Die Kontrastmittelaufnahme in den von der Elektroporationsbehandlung betroffenen Zellen stellt hierbei ein Maß für eine Aufnahme der therapeutischen Substanz in den Zellen dar, so dass somit eine chemotherapeutische Behandlung nachgewiesen und/oder überwacht werden kann.
In 2 ist ein zu 1 alternativer Aufbau der Bildüberwachungsvorrichtung 50 dargestellt. Die Bildüberwachungsvorrichtung 50 unterscheidet sich zu der aus 1 beschriebenen Bildüberwachungsvorrichtung 1 dahingehend, dass anstelle der Magnetresonanzvorrichtung 2 eine Computertomographievorrichtung 51 verwendet wird. Mittels der Computertomographievorrichtung 51 werden für Bildüberwachungsmessungen und/oder Referenzmessungen Computertomographieaufnahmen aufgenommen. Die Bildüberwachungsvorrichtung 50 weist zudem eine Elektroporationsvorrichtung 53 und eine Kontrastmitteleinheit 58 auf.
Die Computertomographievorrichtung 51 umfasst eine Steuereinheit 52, die zu einer Ansteuerung eines Röntgendetektors 57, der Elektroporationsvorrichtung 53 und der Kontrastmitteleinheit 58 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 52 ist dabei zusätzlich zu einer Generierung von Elektroporationspulssequenzen vorgesehen. Die Elektroporationsvorrichtung 53 umfasst eine Positioniereinheit 54 und zwei magnetresonanzkompatible Behandlungselektroden 55, 56. Die Kontrastmitteleinheit 58 umfasst eine Einführeinheit 60 und eine magnetresonanzkompatiblen Injektionsnadel 59, wobei die Kontrastmitteleinheit 58 ebenfalls von der Steuereinheit 52 angesteuert wird.
Ferner weist die Computertomographievorrichtung 51 eine Bildschirmanzeige 61, mittels der Computertomographieaufnahmen und/oder von Steuereinheit 52 ausgewertete Ergebnisse dargestellt werden können, und eine Bedieneinheit 62 auf, mittels der Einstellungen und/oder Parameteränderungen von einem Bedienpersonal vorgenommen werden können.
Eine Funktionsweise eines Bildüberwachungsverfahrens für die Bildüberwachungsvorrichtung 50 aus 2 entspricht den Ausführungen zu dem Bildüberwachungsverfahren zu 3, wobei anstelle eines Gadolinium-basierten Kontrastmittels ein für die Computertomographie übliches Kontrastmittel auf Basis von Jodverbindungen verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Irreversible Electroporation: A New Ablation Modality – Clinical Implications” von Boris Rubinsky, Technology in Cancer Research and Treatment, Vol. 6, 2007, Seiten 37–48 [0003]

Claims

Bildüberwachungsverfahren für eine Elektroporationsbehandlung mit einer Elektroporationsvorrichtung (3, 53), die zumindest zwei Behandlungselektroden (14, 15, 55, 56) umfasst, und einer Bildüberwachungsvorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bildüberwachungsmessung mittels der Bildüberwachungsvorrichtung (1) nach Zugabe eines Kontrastmittels und nach einer Elektroporationsbehandlung vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der als Magnetresonanzvorrichtung (2) oder als Computertomographievorrichtung (51) ausgebildeten Bildüberwachungsvorrichtung (1) während der Bildüberwachungsmessung zumindest eine Magnetresonanzaufnahme oder zumindest eine Computertomographieaufnahme aufgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Elektroporationsbehandlung betroffenes Gebiet in einem Auswerteschritt (37) mittels einer gemessenen intrazellulären Konzentration des Kontrastmittels ermittelt wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behandlungsschritt (34) zur Elektroporationsbehandlung nach der Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behandlungsschritt (34) zur Elektroporationsbehandlung bei einer im Wesentlichen maximalen Konzentration des Kontrastmittels im Extrazellulärraum vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bildüberwachungsmessung im Wesentlichen nach Dauer von wenigstens einer Halbwertszeit des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bildüberwachungsmessung im Wesentlichen nach Dauer von wenigstens zwei Halbwertszeiten des Kontrastmittels nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bildüberwachungsmessungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen werden.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein extrazelluläres Kontrastmittel mit einer kleinen Molekülgröße verwendet wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Referenzmessung (33) vor dem Behandlungsschritt (34) zur Elektroporationsbehandlung vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Referenzmessung (33) nach der Zugabe des Kontrastmittels vorgenommen wird.
Bildüberwachungsverfahren nach Anspruch 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Auswerteschritt (37) wenigstens eine Referenzmessung (33, 35) von der Bildüberwachungsmessung zumindest teilweise subtrahiert wird.
Bildüberwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Messbetrieb (31) eine Bildüberwachungsmessung parallel zu einem Positionierungsschritt (30) zum Positionieren der Behandlungselektroden (14, 15, 55, 56) aufgenommen wird.
Bildüberwachungsvorrichtung für ein Bildüberwachungsverfahren einer Elektroporationsbehandlung nach Anspruch 1, mit einer Elektroporationsvorrichtung (3, 53), die zumindest zwei Behandlungselektroden (14, 15, 55, 56) umfasst, gekennzeichnet durch eine Magnetresonanzvorrichtung (2) oder eine Computertomographievorrichtung (51), die zur Bildüberwachung mittels eines Kontrastmittels vorgesehen sind.
Bildüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Behandlungselektroden (14, 15) magnetresonanzkompatibel ausgebildet sind.
Bildüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzvorrichtung (2) oder die Computertomographievorrichtung (51) eine Steuereinheit (7, 52) aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Ansteuerung der Elektroporationsvorrichtung (3, 53) vorgesehen ist.
Bildüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Kontrastmitteleinheit (21, 58), die zu einer Injektion des Kontrastmittels vorgesehen ist.
Bildüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrastmitteleinheit (21, 58) zumindest eine Injektionsnadel (22, 59) aufweist, die magnetresonanzkompatibel ausgebildet ist.
Bildüberwachungsvorrichtung zumindest nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzvorrichtung (2) oder die Computertomographievorrichtung (51) eine Steuereinheit (7, 52) aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Ansteuerung der Kontrastmitteleinheit (21, 58) vorgesehen ist.